(57)【要約】【課題】ミリ波帯で広帯域に動作するアンテナ装置を提供する。【解決手段】アンテナ装置１０は、スロット素子１〜４と、導波管５と、地板６とを備える。スロット素子１〜４は、導波管５の一主面に略平行に配置され、終端面５Ｃから給電面５Ｂへ向かうに従って長さｌｉが長くなっている。スロット素子１は、終端面５Ｃから距離ｄの位置に配置される。スロット素子２〜４は、それぞれ、スロット素子１〜３との間隔がｇになるように配置される。そして、スロット素子１〜４の各々は、同じ幅ｗｉを有する。導波管５は、長さＬ、幅ｗｇおよび高さｔの平板形状からなる。地板６は、導波管５の上面５Ａに導波管５に接して配置される。この場合、導波管５の終端面５Ｃと地板６の端との距離は、ｐに設定される。【選択図】図１
2010050700.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
平板形状からなる導波管と、
前記導波管の一主面に略平行に配置され、前記導波管の給電面に対向する前記導波管の終端面から前記給電面へ向かうに従って長さが長くなっている複数のスロット素子とを備え、
前記複数のスロット素子の隣接する２つのスロット素子の間隔は、前記スロット素子の共振周波数における波長の４分の１以下である、アンテナ装置。
【請求項２】
前記複数のスロット素子の長さは、前記終端面から前記給電面へ向かうに従って一定の割合で長くなっている、請求項１に記載のアンテナ装置。
【請求項３】
前記複数のスロット素子の長さは、前記終端面から前記給電点へ向かうに従って等比数列によって長くなっている、請求項１に記載のアンテナ装置。
【請求項４】
前記２つのスロット素子の間隔は、前記終端面から前記給電面へ向かうに従って広くなっている、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のアンテナ装置。
【請求項５】
前記２つのスロット素子の間隔は、前記終端面から前記給電面へ向かうに従って等比数列によって広くなっている、請求項４に記載のアンテナ装置。
【請求項６】
前記終端面は、短絡されている、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のアンテナ装置。
【請求項７】
前記終端面は、開放されている、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のアンテナ装置。
【請求項８】
前記複数のスロット素子の各々は、前記給電面から前記終端面へ向かう方向に配置された前記導波管の軸に対して対称な形状を有する、請求項１から請求項７のいずれか１項に記載のアンテナ装置。
【請求項９】
平板形状からなる導波管と、
前記導波管の一主面に配置され、結合共振する共振スロット素子と、
前記導波管の一主面において前記共振スロット素子と前記導波管の給電面との間に配置された反射スロット素子とを備えるアンテナ装置。
【請求項１０】
任意の平面に沿って配列された複数のアンテナ装置を備え、
前記複数のアンテナ装置の各々は、
平板形状からなる導波管と、
前記導波管の一主面に略平行に配置され、前記導波管の給電面に対向する前記導波管の終端面から前記給電面へ向かうに従って長さが長くなっている複数のスロット素子とを含み、
前記複数のスロット素子の隣接する２つのスロット素子の間隔は、前記スロット素子の共振周波数における波長の４分の１以下である、アレーアンテナ装置。
【請求項１１】
任意の平面に沿って配列された１個または複数のアンテナ装置を備え、
前記１個または複数のアンテナ装置の各々は、
平板形状からなり、表面が金属箔によって覆われた誘電体と、
前記誘電体の一主面に略平行に配置され、前記誘電体への給電領域に対向する前記誘電体の終端面から前記給電領域へ向かうに従って長さが長くなっている複数のスロット素子と、
前記誘電体の周囲に沿って配置された金属ポールとを含み、
前記複数のスロット素子の隣接する２つのスロット素子の間隔は、前記スロット素子の共振周波数における波長の４分の１以下である、アレーアンテナ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、アンテナ装置およびそれを備えたアレーアンテナ装置に関し、特に、スロット素子を含むアンテナ装置およびそれを備えたアレーアンテナ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
無線ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ  Ａｒｅａ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）等で使用されている低マイクロ波帯の周波数資源が逼迫している現在、新たな周波数資源として、広い帯域を確保できるミリ波帯を利用した高速無線ＬＡＮが注目されている。
【０００３】
低マイクロ波帯に比べて電磁波の伝搬損失が非常に大きいミリ波帯では、高利得な指向性アンテナを使用する必要がある。
【０００４】
しかし、１つの指向性アンテナでは、屋内全体で通信を行うことができないため、複数の指向性アンテナを備えたマルチセクタアンテナの使用が有望視されている。
【０００５】
また、電磁波の空間伝搬の距離による減衰を考慮して、一定範囲を高利得で照射するために、通信距離、即ち、仰角に応じて利得が異なるビームパターンが必要である。
【０００６】
マルチセクタアンテナの例として、パッチアンテナを用いた八木・宇田アレーアンテナによるアンテナ装置が知られている（非特許文献１）。また、モノポールアンテナを用いた八木・宇田アレーアンテナによるマルチセクタアンテナ装置も知られている（非特許文献２）。
【０００７】
これらのアンテナ装置は、八木・宇田アレーアンテナの動作原理を利用して指向性のある鋭いビームを形成している。
【０００８】
一方、スロットアンテナをアレー化し、導波管を用いてスロットアンテナへ給電し、ミリ波帯で動作するアンテナ装置が知られている（特許文献１および非特許文献３）。これらのスロットアレーアンテナは、スロットアンテナを約半波長間隔で配置し、スロットの位置と寸法によって決まる励振振幅と励振位相との調整によってビームを形成している。
【０００９】
これらのスロットアレーアンテナは、アレーを構成する放射素子が狭帯域であるため、高速無線ＬＡＮで要求される帯域幅を確保できるほど十分な帯域幅を有していない。
【００１０】
そこで、スロットアンテナ自体の動作周波数を広帯域化するために、スロットへマイクロストリップ線路で給電し、スロットの後部にキャビティを設けたアンテナ装置が知られている（非特許文献４）。また、スロットアレーアンテナの広帯域化技術として、対数周期アンテナの動作原理を利用して帯域幅を広げるために、長さの異なる複数のスロットを配列し、それらへマイクロストリップ線路で給電したアンテナ装置が知られている（非特許文献５）。
【００１１】
これらのアンテナ装置は、広帯域な特性が得られる反面、指向性アンテナとしては動作しないため、ミリ波帯の無線通信に必要な利得を得るに到っていない。
【特許文献１】特開２００７−１８４８９３号公報
【非特許文献１】電子情報通信学会論文誌Ｂ，  Ｖｏｌ．  Ｊ８７−Ｂ，  Ｎｏ．  ９，ｐｐ．１３６３−１３７１，Ｓｅｐｔ．，２００４．
【非特許文献２】電子情報通信学会論文誌Ｂ−ＩＩ，  Ｖｏｌ．  Ｊ８０−Ｂ−ＩＩ，  Ｎｏ．５，  ｐｐ．４２４−４３３，  Ｍａｙ，  １９９７．
【非特許文献３】IEEE Transaction on Antennas and Propagation, vol. 46, pp.625-630, May 1998.
【非特許文献４】International Journal of Infrared and Millimeter Waves, pp. 275-281, Feb. 2007.
【非特許文献５】IEEE International Antennas Propagation Symposium Digest, vol. 38, pp.510-513, July 2000.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
アンテナ放射素子であるパッチアンテナ、モノポールアンテナおよびスロットアンテナの比帯域幅（１０ｄＢのリターンロスを確保できる比帯域幅を意味する）は、一般的に、高々５％程度の狭帯域特性である。従って、これらの放射素子で構成されるアレーアンテナも、また、狭帯域であるという問題がある。
【００１３】
また、低マイクロ波帯のデバイスに比べて、デバイス内を伝搬する電磁波の損失が非常に大きいミリ波帯のデバイスでは、マイクロストリップ線路による給電を用いると、伝送損失が大きくなる。従って、アンテナ素子単体では、広帯域に動作するアンテナでも、マイクロストリップ線路によって給電される広帯域スロットアンテナでは、伝送損失が増大し、利得を確保できないという問題がある。
【００１４】
特に、所望の指向性パターンを形成するためには、アレーアンテナのアレー化が必須である。しかし、アレーアンテナでは、アレー数に応じた分岐回路が必要となるため、マイクロストリップ線路による給電では、給電線路の損失が、より大きくなるという問題がある。
【００１５】
そこで、この発明は、かかる問題を解決するためになされたものであり、その目的は、ミリ波帯で広帯域に動作するアンテナ装置を提供することである。
【００１６】
また、この発明の別の目的は、ミリ波帯で広帯域に動作するアンテナ装置を備えたアレーアンテナ装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
この発明によれば、アンテナ装置は、導波管と、複数のスロット素子とを備える。導波管は、平板形状からなる。複数のスロット素子は、導波管の一主面に略平行に配置され、導波管の給電面に対向する導波管の終端面から給電面へ向かうに従って長さが長くなっている。そして、複数のスロット素子の隣接する２つのスロット素子の間隔は、スロット素子の共振周波数における波長の４分の１以下である。
【００１８】
好ましくは、複数のスロット素子の長さは、終端面から給電面へ向かうに従って一定の割合で長くなっている。
【００１９】
好ましくは、複数のスロット素子の長さは、終端面から給電点へ向かうに従って等比数列によって長くなっている。
【００２０】
好ましくは、２つのスロット素子の間隔は、終端面から給電面へ向かうに従って広くなっている。
【００２１】
２つのスロット素子の間隔は、終端面から給電面へ向かうに従って等比数列によって広くなっている。
【００２２】
終端面は、短絡されている。
【００２３】
終端面は、開放されている。
【００２４】
複数のスロット素子の各々は、給電面から終端面へ向かう方向に配置された導波管の軸に対して対称な形状を有する。
【００２５】
また、この発明によれば、アンテナ装置は、導波管と、共振スロット素子と、反射スロット素子とを備える。導波管は、平板形状からなる。共振スロット素子は、導波管の一主面に配置され、結合共振する。反射スロット素子は、導波管の一主面において共振スロット素子と導波管の給電面との間に配置される。
【００２６】
更に、この発明によれば、アレーアンテナ装置は、任意の平面に沿って配列された複数のアンテナ装置を備える。複数のアンテナ装置の各々は、導波管と、複数のスロット素子とを含む。導波管は、平板形状からなる。複数のスロット素子は、導波管の一主面に略平行に配置され、導波管の給電面に対向する導波管の終端面から給電面へ向かうに従って長さが長くなっている。そして、複数のスロット素子の隣接する２つのスロット素子の間隔は、スロット素子の共振周波数における波長の４分の１以下である。
【００２７】
更に、この発明によれば、アレーアンテナ装置は、任意の平面に沿って配列された１個または複数のアンテナ装置を備える。１個または複数のアンテナ装置の各々は、誘電体と、複数のスロット素子と、金属ポールとを含む。誘電体は、平板形状からなり、表面が金属箔によって覆われている。複数のスロット素子は、誘電体の一主面に略平行に配置され、誘電体への給電領域に対向する誘電体の終端面から給電領域へ向かうに従って長さが長くなっている。金属ポールは、誘電体の周囲に沿って配置されている。そして、複数のスロット素子の隣接する２つのスロット素子の間隔は、スロット素子の共振周波数における波長の４分の１以下である。
【発明の効果】
【００２８】
この発明によるアンテナ装置は、導波管の終端面から給電面へ向かうに従って長さが長くなっている複数のスロット素子を備える。その結果、複数のスロット素子のうち、導波管の終端面側に配置されたスロット素子間で結合共振が発生する。そして、反射係数Ｓ１１が広い周波数にわたって低下する。
【００２９】
従って、この発明によれば、アンテナ装置をミリ波帯で広帯域に動作させることができる。
【００３０】
また、この発明によるアンテナ装置においては、複数のスロット素子のうち、導波管の終端面側に配置されたスロット素子は、共振素子として動作し、残りのスロット素子は、反射素子として動作する。
【００３１】
従って、アンテナ装置に鉛直な方向よりもアンテナ装置の斜め方向における利得を高くできる。
【００３２】
更に、この発明によるアレーアンテナ装置は、この発明によるアンテナ装置を複数個配列した構造からなる。
【００３３】
従って、この発明によれば、アンテナ装置の長さ方向に垂直な面内における利得を高くできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。
【００３５】
［実施の形態１］
図１は、この発明の実施の形態１によるアンテナ装置の概略図である。この発明の実施の形態１によるアンテナ装置１０は、スロット素子１〜４と、導波管５と、地板６とを備える。
【００３６】
スロット素子１〜４は、導波管５の上面５Ａに略平行であり、かつ、導波管５の給電面５Ｂから終端面５Ｃへ向かう方向に配置された導波管５の管軸ＡＸに対して対称に配置される。
【００３７】
より詳細には、スロット素子１は、導波管５の終端面５Ｃとの間の距離がｄになる位置に配置される。そして、スロット素子２〜４は、スロット素子１，２間の間隔、スロット素子２，３間の間隔およびスロット素子３，４間の間隔がｇになるように配置される。
【００３８】
スロット素子１〜４の各々は、長方形の形状を有する。そして、スロット素子１〜４の各々は、幅ｗｉ（ｉ＝１〜４）および長さｌｉを有する。
【００３９】
アンテナ装置１０においては、スロット素子１〜４の幅ｗ１〜ｗ４は、ｗ１＝ｗ２＝ｗ３＝ｗ４＝０．３ｍｍに設定される。また、終端面５Ｃからｉ番目の位置に配置されたスロット素子ｉは、次式によって決定される長さｌｉを有する。
【００４０】
ｌｉ＝ｌ１＋（ｉ−１）×Δ・・・（１）
式（１）において、Δは、スロット素子１〜４の長さｌ１〜ｌ４の増分を示す定数である。
【００４１】
アンテナ装置１０においては、スロット素子１の長さｌ１は、１．７ｍｍに設定され、増分Δは、０＜Δ≦０．４ｍｍの範囲に設定される。その結果、例えば、増分Δが０．４ｍｍである場合、スロット素子２〜４の長さｌ２〜ｌ４は、それぞれ、２．１ｍｍ、２．５ｍｍおよび２．９ｍｍとなる。そして、スロット素子１，２の長さｌ１，ｌ２は、使用周波数における導波管５の管内波長λｇの約２分の１になる。また、アンテナ装置１０においては、間隔ｇは、例えば、０．５ｍｍに設定され、距離ｄは、例えば、１．８ｍｍに設定される。
【００４２】
このように、アンテナ装置１０は、導波管５の終端面５Ｃから給電面５Ｂへ向かうに従って長さが一定の割合（＝増分Δ）で長くなり、かつ、等間隔ｇに配置された複数のスロット素子１〜４を備える。
【００４３】
導波管５は、平板形状からなり、幅ｗｇ、および高さｔを有する。ここで、幅ｗｇは、一般的には、使用周波数において高次モードであるＴＥ３０モード以上が伝搬しない幅に設定される。そして、幅ｗｇは、例えば、３．５ｍｍに設定され、高さｔは、例えば、１．２ｍｍに設定される。
【００４４】
また、導波管５の内部は、比誘電率εｒの誘電体によって充填されている。そして、導波管５は、地板６の端と終端面５Ｃとの距離がｐになるように地板６に接して地板６の下側に配置される。アンテナ装置１０においては、距離ｐは、例えば、８．０ｍｍに設定され、比誘電率εｒは、例えば、２．１７に設定される。
【００４５】
地板６は、有限の寸法を有し、導波管５の上面５Ａに接して配置される。
【００４６】
図２は、図１に示す導波管５および地板６の斜視図である。また、図３は、図２に示す線ＩＩＩ−ＩＩＩにおける導波管５および地板６の断面図である。
【００４７】
地板６は、貫通孔６１〜６４を含む（図２参照）。導波管５は、誘電体５１と、銅箔５２とからなる。誘電体５１は、例えば、プリント基板からなる。銅箔５２は、導波管５の給電面５Ｂとなる誘電体５１の側面を除いて誘電体５１の周囲を覆う。そして、スロット素子１〜４は、銅箔５２の一部を幅ｗｉ、長さｌ１〜ｌ４および間隔ｇで切り取ることによって形成される。導波管５の終端面５Ｃとなる誘電体５１の側面は、銅箔５２によって覆われているので、アンテナ装置１０においては、導波管５の終端面５Ｃは、短絡されている（図３参照）。
【００４８】
貫通孔６１〜６４は、それぞれ、スロット素子１〜４と同じ形状および同じ寸法（幅および長さ）を有する。そして、貫通孔６１〜６４の隣接する２つの貫通孔６１，６２；６２，６３；６３，６４の間隔は、スロット素子１〜４の隣接する２つのスロット素子１，２；２，３；３，４の間隔ｇと同じである。
【００４９】
従って、導波管５の終端面５Ｃと地板６の端６Ａとの距離がｐになるように、地板６を導波管５の上面５Ａに接するように配置すると、貫通孔６１〜６４は、それぞれ、スロット素子１〜４上に配置される（図３参照）。
【００５０】
その結果、導波管５は、給電面５Ｂから給電された電磁波を給電面５Ｂ側から終端面５Ｃ側へ損失を抑制して伝搬させる。そして、スロット素子１〜４は、誘電体５１中を伝搬した電磁波を自由空間へ放射する。
【００５１】
図４は、図１に示すアンテナ装置１０における反射係数の周波数特性を示す図である。図４において、縦軸は、導波管５の入力ポートである給電面５Ｂにおける反射係数Ｓ１１を表し、横軸は、周波数を表す。なお、スロット素子１〜４の長さｌ１〜ｌ４は、それぞれ、ｌ１＝１．７ｍｍ、ｌ２＝２．１ｍｍ、ｌ３＝２．５ｍｍ、およびｌ４＝２．９ｍｍである。また、隣接する２つのスロット素子間の間隔ｇは、０．５ｍｍである。
【００５２】
図４に示すように、反射係数Ｓ１１が−１０ｄＢである帯域幅は、５７．１２ＧＨｚ〜６９．８９ＧＨｚである。その結果、比帯域幅は、［（６９．８９−５７．１２）／｛（５７．１２＋６９．８９）／２｝］×１００＝２０％である。
【００５３】
また、反射係数Ｓ１１が−１５ｄＢである帯域幅は、５８．９８ＧＨｚ〜６８．９２ＧＨｚである。その結果、比帯域幅は、［（６８．９２−５８．９８）／｛（５８．９８＋６８．９２）／２｝］×１００＝１５．５％である。
【００５４】
高速無線ＬＡＮにおける使用周波数は、５９ＧＨｚ〜６６ＧＨｚである。従って、アンテナ装置１０は、反射係数Ｓ１１が−１０ｄＢの帯域幅および−１５ｄＢの帯域幅の両方において、高速無線ＬＡＮにおける使用周波数をカバーできることが解った。
【００５５】
図５は、図１に示すアンテナ装置１０における比帯域幅とスロット素子１〜４の長さの増分との関係を示す図である。
【００５６】
図５において、縦軸は、アンテナ装置１０の比帯域幅を表し、横軸は、スロット素子１〜４の長さの増分Δを表す。また、曲線ｋ１，ｋ２は、隣接する２つのスロット素子間の間隔ｇが０．５ｍｍであるときの比帯域幅と増分Δとの関係を示す。そして、曲線ｋ１は、間隔ｇ＝０．５ｍｍにおいて、反射係数Ｓ１１が−１０ｄＢであるときの比帯域幅と増分Δとの関係を示し、曲線ｋ２は、間隔ｇ＝０．５ｍｍにおいて、反射係数Ｓ１１が−１５ｄＢであるときの比帯域幅と増分Δとの関係を示す。
【００５７】
更に、曲線ｋ３，ｋ４は、隣接する２つのスロット素子間の間隔ｇが１．０ｍｍであるときの比帯域幅と増分Δとの関係を示す。そして、曲線ｋ３は、間隔ｇ＝１．０ｍｍにおいて、反射係数Ｓ１１が−１０ｄＢであるときの比帯域幅と増分Δとの関係を示し、曲線ｋ４は、間隔ｇ＝１．０ｍｍにおいて、反射係数Ｓ１１が−１５ｄＢであるときの比帯域幅と増分Δとの関係を示す。
【００５８】
更に、曲線ｋ５，ｋ６は、隣接する２つのスロット素子間の間隔ｇが１．５ｍｍであるときの比帯域幅と増分Δとの関係を示す。そして、曲線ｋ５は、間隔ｇ＝１．５ｍｍにおいて、反射係数Ｓ１１が−１０ｄＢであるときの比帯域幅と増分Δとの関係を示し、曲線ｋ６は、間隔ｇ＝１．５ｍｍにおいて、反射係数Ｓ１１が−１５ｄＢであるときの比帯域幅と増分Δとの関係を示す。なお、図５においては、増分Δを０．０ｍｍ〜０．４ｍｍの範囲で変化させた。
【００５９】
図５に示すように、増分Δを増加させることによって、反射係数Ｓ１１が−１０ｄＢまたは−１５ｄＢであるときの比帯域幅は、スロット素子１〜４の長さｌ１〜ｌ４が同じである場合（Δ＝０．０ｍｍの場合）よりも広くなる（曲線ｋ１〜ｋ６参照）。特に、隣接する２つのスロット素子間の間隔ｇがｇ＝０．５ｍｍおよび１．０ｍｍであるとき、比帯域幅は、大幅に広くなる（曲線ｋ１〜ｋ４参照）。これは、複数のスロット素子１〜４における長さｌ１〜ｌ４の違いが有効に動作していることを意味する。
【００６０】
従って、導波管５の終端面５Ｃ側から給電面５Ｂ側へ向かうに従って長さが長くなるスロット素子１〜４を用いることによって、比帯域幅が向上したアンテナ装置１０を実現できることが実証された。
【００６１】
また、反射係数Ｓ１１が−１０ｄＢであるときの比帯域幅を比較すると、隣接する２つのスロット素子間の間隔ｇが０．５ｍｍまたは１．０ｍｍであるとき、比帯域幅が２０％以上である広帯域特性が得られる（曲線ｋ１，ｋ３参照）。
【００６２】
更に、反射係数Ｓ１１が−１５ｄＢであるときの比帯域幅を比較すると、隣接する２つのスロット素子間の間隔ｇが０．５ｍｍであるとき、間隔ｇが１．０ｍｍまたは１．５ｍｍであるときよりも帯域幅が広くなっている（曲線ｋ２，ｋ４，ｋ６参照）。
【００６３】
このように、隣接する２つのスロット素子間の間隔ｇをλｇ／４以下（周波数６７ＧＨｚにおけるλｇ／４は、０．８４ｍｍである）にすると、スロット素子間の結合共振が有効に働き、広帯域な反射特性が得られる。
【００６４】
図６は、スロット素子１，２の長さを変化させたときの比帯域幅、およびスロット素子３，４の長さを変化させたときの比帯域幅を示す図である。
【００６５】
図６の（ａ）において、縦軸は、スロット素子２の長さの増分Δ２を表し、横軸は、スロット素子１の長さの増分Δ１を表す。この場合、スロット素子３，４の長さｌ３，ｌ４は、それぞれ、２．５ｍｍおよび２．９ｍｍであり、一定である。
【００６６】
また、図６の（ｂ）において、縦軸は、スロット素子４の長さの増分Δ４を表し、横軸は、スロット素子３の長さの増分Δ３を表す。この場合、スロット素子１，２の長さｌ１，ｌ２は、それぞれ、１．７ｍｍおよび２．１ｍｍであり、一定である。
【００６７】
なお、図６の（ａ），（ｂ）中における数値は、比帯域幅を表す。
【００６８】
図６の（ａ），（ｂ）に示すように、スロット素子３，４の長さｌ３，ｌ４を変化させるよりも、λｇ／２に近いスロット長を有するスロット素子１，２の長さｌ１，ｌ２を変化させる方が、比帯域幅が大きく変化する。
【００６９】
これは、スロット素子１，２の長さｌ１，ｌ２の変化によって、アンテナの共振特性が大きく変化することによるものである。図１に示すアンテナ装置１０の構造において、スロット素子１，２が共振特性の決定に大きく寄与していると考えられるので、スロット素子１，２は、共振素子として動作していることが解る。
【００７０】
図７は、図１に示すアンテナ装置１０の放射パターンを示す図である。また、図８は、アンテナ装置１０の放射パターンにおける仰角および方位角の定義を示す図である。
【００７１】
図７において、縦軸は、利得を表し、横軸は、仰角を表す。また、曲線ｋ７〜ｋ９は、それぞれ、周波数５９．０ＧＨｚ、６２．５ＧＨｚ、６６．０ＧＨｚにおけるアンテナ装置１０の放射パターンを示す。
【００７２】
図８に示すように、導波管５の上面５Ａと給電面５Ｂとの交線上にｘｙｚ座標の原点Ｏをとり、給電面５Ｂから終端面５Ｃへ向かう方向をｘ軸とし、導波管５の幅方向をｙ軸とし、地板６に垂直な方向をｚ軸とする。そして、仰角θおよび方位角φを図８に示すように定義する。
【００７３】
そうすると、図７に示す曲線ｋ７〜ｋ９は、方位角φ＝０度におけるアンテナ装置１０の放射パターンを示す。
【００７４】
図７に示すように、アンテナ装置１０は、各周波数５９．０ＧＨｚ，６２．５ＧＨｚ，６６．０ＧＨｚにおいて、鉛直方向（θｍｉｎ＝０度）よりも斜め方向（θｍａｘ＝６６度）の方が利得が高くなる放射パターンを有する（曲線ｋ７〜ｋ９参照）。
【００７５】
自由空間における伝搬損失を無視できないミリ波帯での通信では、ある空間範囲を一定利得で照射するには、自由空間での伝搬損失をアンテナの利得で補償する必要がある。例えば、室内において、アクセスポイントがユーザ端末よりも高さ２ｍの位置に配置され、θｍｉｎ≦θ≦θｍａｘの範囲に対して、アンテナ装置１０が斜め方向（θｍａｘ＝６６度）から鉛直方向（θｍｉｎ＝０度）へ電波を出射する場合を想定する。この場合、仰角θが大きい程、通信距離が長くなる。従って、自由空間における伝搬損失をアンテナ装置１０で補償するには、仰角θが大きい程、高利得の特性が要求される。
【００７６】
上述したように、アンテナ装置１０は、鉛直方向（θｍｉｎ＝０度）よりも斜め方向（θｍａｘ＝６６度）の方が高利得を示すので、アンテナ装置１０を用いることによって、自由空間における伝搬損失を補償できる放射特性を実現できる。
【００７７】
図９は、スロット素子３，４の長さを変化させたときのＦ／Ｂ（Ｆｒｏｎｔ／Ｂａｃｋ）比を示す図である。
【００７８】
図９において、縦軸は、スロット素子４の長さの増分Δ４を表し、横軸は、スロット素子３の長さの増分Δ３を表す。また、図９中の数値は、Ｆ／Ｂ比を示す。
【００７９】
ここで、Ｆ／Ｂ比は、θｍａｘ＝６６度における利得と、−θｍａｘ＝−６６度における利得との利得比Ｇ（θｍａｘ）／Ｇ（−θｍａｘ）によって定義される。
【００８０】
図９に示すように、スロット素子３，４の長さｌ３，ｌ４が長くなるに従って（＝増分Δ３，Δ４が大きくなるに従って）、Ｆ／Ｂ比は、向上している（図９の右上参照）。このことは、図１に示すアンテナ装置１０においては、スロット素子３，４が反射素子として動作することを意味する。そして、Ｆ／Ｂ比が高いほど、不要なマルチパスによる多重反射波を抑圧できる。
【００８１】
このように、アンテナ装置１０においては、スロット素子１，２は、共振素子として動作し、スロット素子３，４は、反射素子として動作する。その結果、＋θ方向へビームを形成できる。
【００８２】
図１０は、利得の向上率とスロット素子数との関係を示す図である。図１０において、縦軸は、利得の向上率を表し、横軸は、スロット素子数を表す。また、曲線ｋ１０は、仰角θｍａｘ＝６６度における利得の向上率とスロット素子数との関係を示し、曲線ｋ１１は、仰角θｍｉｎ＝０度における利得の向上率とスロット素子数との関係を示す。
【００８３】
なお、図１０においては、スロット素子数を６個まで増加させた。この場合、１個目のスロット素子１から４個目のスロット素子４の長さｌ１〜ｌ４は、上述したとおりであり、５個目のスロット素子の長さｌ５は、３．３ｍｍであり、６個目のスロット素子の長さｌ６は、３．７ｍｍである。また、隣接する２つのスロット素子間の間隔ｇは、０．５ｍｍである。更に、利得の向上率は、スロット素子数が“１”である場合を基準にして規格化された値である。
【００８４】
図１０に示すように、スロット素子数が増加するに従って、θｍａｘ方向の利得は、増加し、θｍｉｎ方向の利得は、減少する。従って、スロット素子数が増加すると、ｘ−ｚ面内のビーム幅が狭窄化し、利得が向上する。
【００８５】
図１１は、比帯域幅と隣接する２つのスロット素子間の間隔との関係を示す図である。図１１において、縦軸は、比帯域幅を表し、横軸は、使用する中心周波数における波長λｇ０で規格化されたスロット素子間の間隔ｇ／λｇ０を表す。また、白丸は、反射係数Ｓ１１が−１０ｄＢであるときの比帯域幅を示し、黒丸は、反射係数Ｓ１１が−１５ｄＢであるときの比帯域幅を示す。
【００８６】
図１１に示す比帯域幅と間隔ｇ／λｇ０との関係は、スロット素子１〜４の長さｌ１〜ｌ４が同じであり（＝ｌ１＝ｌ２＝ｌ３＝ｌ４＝０．４６２λｇ０）、距離ｄがｄ＝０．４８９λｇ０である場合の比帯域幅と間隔ｇ／λｇ０との関係である。
【００８７】
スロット素子１〜４の長さｌ１〜ｌ４が同じである場合、反射係数Ｓ１１が−１５ｄＢであるときの比帯域幅は、スロット素子間の間隔ｇ／λｇ０を変えても、殆ど広くならない。
【００８８】
また、スロット素子１〜４の長さｌ１〜ｌ４が同じである場合、反射係数Ｓ１１が−１０ｄＢであるときの比帯域幅は、スロット素子間の間隔ｇ／λｇ０を変えると、５％を超える比帯域幅が得られる。
【００８９】
図１２は、比帯域幅と隣接する２つのスロット素子間の間隔との他の関係を示す図である。図１２において、縦軸は、比帯域幅を表し、横軸は、スロット素子間の間隔ｇ／λｇ０を表す。また、白丸は、反射係数Ｓ１１が−１０ｄＢであるときの比帯域幅を示し、黒丸は、反射係数Ｓ１１が−１５ｄＢであるときの比帯域幅を示す。
【００９０】
図１２に示す比帯域幅と間隔ｇ／λｇ０との関係は、スロット素子１〜４の長さｌ１〜ｌ４がそれぞれｌ１＝０．４６２λｇ０、ｌ２＝０．５１６λｇ０、ｌ３＝０．５７１λｇ０、およびｌ４＝０．６２５λｇ０であり、距離ｄがｄ＝０．４８９λｇ０である場合の比帯域幅と間隔ｇ／λｇ０との関係である。
【００９１】
図１２に示すように、スロット素子１〜４の長さｌ１〜ｌ４を順次長くすることによって、反射係数Ｓ１１が−１０ｄＢまたは−１５ｄＢであるときの比帯域幅は、スロット素子１〜４の長さｌ１〜ｌ４が同じである場合よりも大幅に広くなる。特に、反射係数Ｓ１１が−１０ｄＢであるときの比帯域幅の広帯域化が顕著である。
【００９２】
図１３は、比帯域幅と隣接する２つのスロット素子間の間隔との更に他の関係を示す図である。図１３において、縦軸は、比帯域幅を表し、横軸は、スロット素子間の間隔ｇ／λｇ０を表す。また、白丸は、反射係数Ｓ１１が−１０ｄＢであるときの比帯域幅を示し、黒丸は、反射係数Ｓ１１が−１５ｄＢであるときの比帯域幅を示す。
【００９３】
図１３に示す比帯域幅と間隔ｇ／λｇ０との関係は、スロット素子１〜４の長さｌ１〜ｌ４がそれぞれｌ１＝０．４６２λｇ０、ｌ２＝０．５７１λｇ０、ｌ３＝０．６７９λｇ０、およびｌ４＝０．７８８λｇ０であり、距離ｄがｄ＝０．４８９λｇ０である場合の比帯域幅と間隔ｇ／λｇ０との関係である。
【００９４】
図１３に示すように、スロット素子１〜４の長さｌ１〜ｌ４の増分を図１２に示す場合よりも大きくすると、反射係数Ｓ１１が−１０ｄＢまたは−１５ｄＢであるときの比帯域幅は、大幅に広くなる。特に、反射係数Ｓ１１が−１０ｄＢであるときの比帯域幅は、最大で２５％に達する。
【００９５】
そして、反射係数Ｓ１１が−１０ｄＢであるときに、比帯域幅を２０％以上に設定し、かつ、、反射係数Ｓ１１が−１５ｄＢであるときに、比帯域幅を１０％以上に設定するには、スロット素子間の間隔ｇ／λｇ０を略０．１λｇ０〜略０．２λｇ０の範囲に設定すればよい。
【００９６】
図１１〜図１３に示す結果から、スロット素子１〜４の長さｌ１〜ｌ４の増分を相対的に大きくすることによって、比帯域幅が大幅に広くなることが解る。
【００９７】
図１４は、比帯域幅と距離ｄとの関係を示す図である。図１４において、縦軸は、比帯域幅を表し、横軸は、使用する中心周波数における波長λｇ０によって規格化したスロット素子１と導波管５の終端面５Ｃとの距離ｄ／λｇ０を表す。また、白丸は、反射係数Ｓ１１が−１０ｄＢであるときの比帯域幅を示し、黒丸は、反射係数Ｓ１１が−１５ｄＢであるときの比帯域幅を示す。
【００９８】
図１４に示す比帯域幅と距離ｄ／λｇ０との関係は、スロット素子１〜４の長さｌ１〜ｌ４がそれぞれｌ１＝０．４６２λｇ０、ｌ２＝０．５７１λｇ０、ｌ３＝０．６７９λｇ０、およびｌ４＝０．７８８λｇ０であり、スロット素子間の間隔ｇがｇ＝０．１３６λｇ０である場合の比帯域幅と距離ｄ／λｇ０との関係である。
【００９９】
図１４に示す結果から、距離ｄを略ｎλｇ０／２（ｎ＝０，１，２，３，・・・）に選択すれば、反射係数Ｓ１１が−１０ｄＢまたは−１５ｄＢであるときの比帯域幅は、１５％以上になることが解る。
【０１００】
従って、距離ｄは、上述した１．８ｍｍに限らず、略ｎλｇ０／２に設定すればよい。
【０１０１】
図１５は、比帯域幅とスロット素子の長さの増分との関係を示す図である。図１５において、縦軸は、比帯域幅を表し、横軸は、使用する中心周波数における波長λｇ０によって規格化したスロット素子１〜４の長さの増分Δ／λｇ０を表す。また、白丸は、反射係数Ｓ１１が−１０ｄＢであるときの比帯域幅を示し、黒丸は、反射係数Ｓ１１が−１５ｄＢであるときの比帯域幅を示す。
【０１０２】
図１５に示す比帯域幅と増分Δ／λｇ０との関係は、スロット素子１〜４の長さｌ１〜ｌ４がそれぞれｌ１＝０．４６２λｇ０、ｌ２＝０．４６２λｇ０＋１×Δλｇ０、ｌ３＝０．４６２λｇ０＋２×Δλｇ０、およびｌ４＝０．４６２λｇ０＋３×Δλｇ０であり、距離ｄがｄ＝０．４８９λｇ０であり、スロット素子間の間隔ｇがｇ＝０．１３６λｇ０である場合の比帯域幅と距離ｄとの関係である。
【０１０３】
隣接する２つのスロット素子の長さが０．０５λｇ０以上の増分で長くなるようにスロット素子１〜４の長さｌ１〜ｌ４を設定すれば、反射係数Ｓ１１が−１０ｄＢであるときの比帯域幅は、約２０％になり、反射係数Ｓ１１が−１５ｄＢであるときの比帯域幅は、約１５％になる。
【０１０４】
従って、この発明においては、隣接する２つのスロット素子の長さの増分は、好ましくは、０．０５λｇ０以上に設定される。
【０１０５】
図１６は、図１に示すアンテナ装置１０の使用例を示す図である。なお、図１６においては、見易くするために、アンテナ装置１０をユーザ端末２０よりも大きく表示している。
【０１０６】
アンテナ装置１０が屋内でユーザ端末２０よりも２ｍ高い位置に配置された場合、ユーザ端末２０は、アンテナ装置１０から見て６６度の方向へ配置される。
【０１０７】
上述したように、アンテナ装置１０は、θｍｉｎ＝０度の方向よりもθｍａｘ＝６６度の方向の方が利得が高いので（図７参照）、ユーザ端末２０は、自由空間における伝搬損失をアンテナ装置１０によって補償してアンテナ装置１０から出射された電波を受信できる。
【０１０８】
従って、アンテナ装置１０は、ミリ波帯の通信に適したアンテナ装置である。
【０１０９】
なお、特許文献１は、長さが異なる複数のスロット素子を備えたマルチセクタアンテナを開示しているが、このマルチセクタアンテナでは、複数のスロット素子の長さは、導波管５の終端面５Ｃ側から給電面５Ｂ側へ向かうに従って短くなっている。また、特許文献１は、複数のスロット素子のうち、一部が共振素子として動作し、残りのスロット素子が反射素子として動作することを開示していない。従って、特許文献１に開示されたマルチセクタアンテナは、この発明によるアンテナ装置１０とは、その思想を全く異にするものである。
【０１１０】
上記においては、スロット素子１〜４は、長方形の形状からなると説明したが、実施の形態１においては、これに限らず、スロット素子１〜４は、蛇行（メアンダ）形状、ボウタイ形状（中心から両側へ幅が広くなっている形状）、およびＶ字形状のいずれかからなっていてもよい。
【０１１１】
また、上記においては、スロット素子１，２間の間隔、スロット素子２，３間の間隔およびスロット素子３，４間の間隔は、相互に等しいと説明したが、実施の形態１においては、これに限らず、アンテナ装置１０において、スロット素子１，２間の間隔、スロット素子２，３間の間隔およびスロット素子３，４間の間隔は、終端面５Ｃ側から給電面５Ｂ側へ向かうに従って、λｇ／４以下の範囲において一定の割合で広くなっていてもよい。
【０１１２】
更に、上記においては、導波管５は、断面形状が矩形であると説明したが、実施の形態１においては、これに限らず、円形または楕円形状の導波管を使用することもできる。
【０１１３】
更に、上記においては、導波管５は、内部が誘電体５１によって充填されていると説明したが、実施の形態１においては、これに限らず、アンテナ装置１０は、導波管５に代えて中空の導波管を備えていてもよい。
【０１１４】
更に、上記においては、アンテナ装置１０は、４個のスロット素子１〜４を備えると説明したが、実施の形態１においては、これに限らず、アンテナ装置１０は、一般的には、終端面５Ｃ側から給電面５Ｂ側へ向かうに従って長さが長くなっている複数のスロット素子を備えていればよい。
【０１１５】
更に、実施の形態１においては、アンテナ装置１０は、地板６を備えていなくてもよい。
【０１１６】
［実施の形態２］
図１７は、実施の形態２によるアンテナ装置の概略図である。実施の形態２によるアンテナ装置１０Ａは、図１に示すアンテナ装置１０のスロット素子１〜４をスロット素子１１〜１６に代えたものであり、その他は、アンテナ装置１０と同じである。
【０１１７】
スロット素子１１〜１６は、導波管５の上面５Ａに略平行であり、かつ、導波管５の管軸ＡＸに対して対称に配置される。
【０１１８】
より詳細には、スロット素子１１は、スロット素子１と同じ位置に配置される。そして、スロット素子１１〜１６は、隣接する２つのスロット素子間の間隔ｇｊ（ｊ＝１〜３）が次式によって決定されるように配置される。
【０１１９】
ｇｊ＝αｊ−１ｇ１・・・（２）
なお、公比αは、１よりも大きい実数である。
【０１２０】
このように、スロット素子１１〜１６は、隣接する２つのスロット素子間の間隔ｇｊ（ｊ＝１〜５）が公比＝αである等比数列をなすように配置される。従って、複数のスロット素子１１〜１６の隣接する２つのスロット素子間の間隔ｇｊは、導波管５の終端面５Ｃ側から給電面５Ｂ側へ向かうに従って、公比＝αの等比数列によって広くなる。
【０１２１】
そして、スロット素子１１，１２の間隔ｇ１は、０．３５ｍｍに設定され、公比αが１．１５に設定される。その結果、スロット素子１２，１３間の間隔ｇ２、スロット素子１３，１４間の間隔ｇ３、スロット素子１４，１５間の間隔ｇ４、およびスロット素子１５，１６間の間隔ｇ５は、それぞれ、ｇ２＝０．４０ｍｍ、ｇ３＝０．４６ｍｍ、ｇ４＝０．５３ｍｍ、およびｇ５＝０．６１ｍｍに設定される。
【０１２２】
また、スロット素子１１〜１６の長さｌｉは、次式によって決定される。
【０１２３】
ｌｉ＝αｉ−１ｌ１・・・（３）
即ち、スロット素子１１〜１６の長さｌｉは、公比＝αの等比数列によって決定される。従って、スロット素子１１〜１６の長さｌｉは、導波管５の終端面５Ｃ側から給電面５Ｂ側へ向かうに従って、公比＝αの等比数列によって長くなる。
【０１２４】
そして、実施の形態２においては、スロット素子１１の長さｌ１は、１．７５ｍｍに設定される。その結果、スロット素子１２〜１６の長さｌ２〜ｌ６は、それぞれ、ｌ２＝２．０１ｍｍ、ｌ３＝２．３１ｍｍ、ｌ４＝２．６６ｍｍ、ｌ５＝３．０６ｍｍおよびｌ６＝３．５２ｍｍに設定される。
【０１２５】
なお、スロット素子１１〜１６の各々は、相互に等しい０．３ｍｍの幅ｗｉを有する。
【０１２６】
図１８は、図１７に示すアンテナ装置１０Ａにおける反射係数の周波数特性を示す図である。
【０１２７】
図１８において、縦軸は、反射係数Ｓ１１を表し、横軸は、周波数を表す。図１８に示すように、反射係数Ｓ１１が−１０ｄＢである帯域幅は、５５．３ＧＨｚ〜６７．３ＧＨｚである。その結果、比帯域幅は、［（６７．３−５５．３）／｛（５５．３＋６７．３）／２｝］×１００＝１９．５％である。
【０１２８】
このように、スロット素子１１〜１６の長さｌ１〜ｌ６、および隣接する２つのスロット素子間の間隔ｇ１〜ｇ５を公比αの等比数列によって決定したアンテナ装置１０Ａにおいても、広帯域特性が得られた。
【０１２９】
図１９は、図１７に示すアンテナ装置１０Ａの放射パターンを示す図である。図１９において、縦軸は、利得を表し、横軸は、仰角を表す。また、曲線ｋ１２〜ｋ１４は、それぞれ、周波数５９．０ＧＨｚ、６２．５ＧＨｚ、６６．０ＧＨｚにおけるアンテナ装置１０Ａの放射パターンを示す。なお、図１４に示す曲線ｋ１２〜ｋ１４は、方位角φ＝０度におけるアンテナ装置１０Ａの放射パターンを示す。
【０１３０】
図１９に示すように、アンテナ装置１０Ａは、各周波数５９．０ＧＨｚ，６２．５ＧＨｚ，６６．０ＧＨｚにおいて、鉛直方向（θｍｉｎ＝０度）よりも斜め方向（θｍａｘ＝６６度）の方が利得が高くなる放射パターンを有する（曲線ｋ１２〜ｋ１４参照）。
【０１３１】
従って、アンテナ装置１０Ａは、アンテナ装置１０と同じように、自由空間における電波の伝搬損失を利得によって補償できるアンテナである。
【０１３２】
上述したように、スロット素子１１〜１６の長さｌ１〜ｌ６を公比αの等比数列によって終端面５Ｃ側から給電面５Ｂ側へ向かうに従って長くし、隣接する２つのスロット素子間の間隔ｇ１〜ｇ５を公比αの等比数列によって終端面５Ｃ側から給電面５Ｂ側へ向かうに従って広くすることによって、帯域特性を広くできるとともに、斜め方向（θｍａｘ＝６６度）の利得を高くできる。
【０１３３】
なお、上記においては、スロット素子１１〜１６は、長方形の形状からなると説明したが、実施の形態２においては、これに限らず、スロット素子１１〜１６は、蛇行形状、ボウタイ形状、およびＶ字形状のいずれかからなっていてもよい。
【０１３４】
また、実施の形態２においては、スロット素子１１〜１６の長さｌ１〜ｌ６を等比数列に従って長くするときの公比と、隣接する２つのスロット素子間の間隔ｇ１〜ｇ５を等比数列に従って広くするときの公比とを異なる値に設定してもよい。
【０１３５】
更に、実施の形態２においては、スロット素子１１〜１６の長さｌ１〜ｌ６を公比αの等比数列に従って終端面５Ｃ側から給電面５Ｂ側へ向かうに従って長くし、隣接する２つのスロット素子間の間隔ｇ１〜ｇ５を同じ値に設定してもよい。
【０１３６】
更に、実施の形態２においては、スロット素子１１〜１６の長さｌ１〜ｌ６を公比αの等比数列に従って終端面５Ｃ側から給電面５Ｂ側へ向かうに従って長くし、隣接する２つのスロット素子間の間隔ｇ１〜ｇ５を終端面５Ｃ側から給電面５Ｂ側へ向かうに従って一定の割合で広くしてもよい。
【０１３７】
その他は、実施の形態１と同じである。
【０１３８】
［実施の形態３］
図２０は、実施の形態３によるアンテナ装置の概略図である。実施の形態３によるアンテナ装置１０Ｂは、図１に示すアンテナ装置１０の導波管５を導波管５０に代えたものであり、その他は、アンテナ装置１０と同じである。
【０１３９】
スロット素子１〜４は、導波管５に配置されるのと同じように導波管５０の上面５０Ａに配置される。
【０１４０】
図２１は、図２０に示す線ＸＸＩ−ＸＸＩにおける地板６および導波管５０の断面図である。導波管５０は、図３に示す導波管５の銅箔５２を銅箔５３に代えたものであり、その他は、導波管５と同じである。
【０１４１】
銅箔５３は、導波管５０の給電面５０Ｂとなる誘電体５１の側面５１Ａおよび導波管５０の終端面５０Ｃとなる誘電体５１の側面５１Ｂを除いて、誘電体５１の周囲を覆う。
【０１４２】
その結果、アンテナ装置１０Ｂにおいては、導波管５０の終端面５０Ｃは、開放されている。
【０１４３】
導波管５０の終端面５０Ｃを短絡した場合、終端面５０Ｃに最も近い位置に配置されたスロット素子１から見た終端面５０Ｃ側のインピーダンスが周波数特性を持ち、終端面５０Ｃで反射が生じる。その結果、帯域幅が制限される。
【０１４４】
しかし、終端面５０Ｃが開放されていれば、スロット素子１から見た終端面５０Ｃ側のインピーダンスは、真空中（または誘電体５１）のインピーダンスによって終端されるため、終端面５０Ｃでの反射が減少する。その結果、アンテナの動作帯域幅は、終端面５０Ｃを短絡した場合よりも広くなる。
【０１４５】
このように、終端面５０Ｃを開放すると、導波管５０の終端面５０は、基本ＴＥ１０モードで励振されたホーンアンテナのように働く。
【０１４６】
従って、導波管５０の終端面５０Ｃからも電波が放射されるが、前段のスロット素子１〜４からの放射が主であるため、導波管５０の終端面５０からの放射電力は、スロット素子１〜４からの放射電力に比べて少ない。
【０１４７】
そのため、スロット素子１，２の共振によって、電波を放射している周波数範囲内では、終端面５０Ｃを開放することによって放射パターンが大きく変化することがない。
【０１４８】
図２２は、図２０に示すアンテナ装置１０Ｂにおける反射係数の周波数特性を示す図である。
【０１４９】
図２２において、縦軸は、反射係数Ｓ１１を表し、横軸は、周波数を表す。図２２に示すように、反射係数Ｓ１１が−１０ｄＢである帯域幅は、５５ＧＨｚ〜７５ＧＨｚの帯域よりも広い。従って、比帯域幅は、３０％よりも広くなる。
【０１５０】
このように、給電面５０Ｂに対向する終端面５０Ｃを開放した導波管５０を用いることによって、帯域幅が大幅に広くなる。
【０１５１】
図２３は、図２０に示すアンテナ装置１０Ｂの放射パターンを示す図である。図２３において、縦軸は、利得を表し、横軸は、仰角を表す。また、曲線ｋ１５〜ｋ１７は、それぞれ、周波数５９．０ＧＨｚ、６２．５ＧＨｚ、６６．０ＧＨｚにおけるアンテナ装置１０Ｂの放射パターンを示す。なお、図１８に示す曲線ｋ１５〜ｋ１７は、方位角φ＝０度におけるアンテナ装置１０Ｂの放射パターンを示す。
【０１５２】
図２３に示すように、アンテナ装置１０Ｂは、各周波数５９．０ＧＨｚ，６２．５ＧＨｚ，６６．０ＧＨｚにおいて、鉛直方向（θｍｉｎ＝０度）よりも斜め方向（θｍａｘ＝６６度）の方が利得が高くなる放射パターンを有する（曲線ｋ１５〜ｋ１７参照）。
【０１５３】
従って、アンテナ装置１０Ｂは、アンテナ装置１０，１０Ａと同じように、自由空間における電波の伝搬損失を利得によって補償できるアンテナである。
【０１５４】
このように、終端面５０Ｃを開放した導波管５０を用いることによって、斜め方向（θｍａｘ＝６６度）の高い利得を維持しながら、帯域幅を大幅に広くできる。
【０１５５】
上述したアンテナ装置１０Ｂにおいては、スロット素子１〜４の長さが導波管５０の終端面５０Ｃ側から給電面５０Ｂ側へ向かうに従って一定の割合で長くなり、隣接する２つのスロット素子間の間隔ｇは、一定であるが、実施の形態３においては、これに限らず、実施の形態３によるアンテナ装置は、アンテナ装置１０Ｂにおいて、隣接する２つのスロット素子間の間隔ｇを導波管５０の終端面５０Ｃ側から給電面５０Ｂ側へ向かうに従って一定の割合または公比αの等比数列によって広くしたアンテナ装置であってもよい。
【０１５６】
また、実施の形態３によるアンテナ装置は、アンテナ装置１０Ｂにおいて、スロット素子１〜４の長さを導波管５０の終端面５０Ｃ側から給電面５０Ｂ側へ向かうに従って公比αの等比数列によって長くし、かつ、隣接する２つのスロット素子間の間隔を導波管５０の終端面５０Ｃ側から給電面５０Ｂ側へ向かうに従って公比αの等比数列によって広くしたアンテナ装置であってもよい。
【０１５７】
更に、上記においては、導波管５０は、内部が誘電体５１によって充填されていると説明したが、実施の形態３においては、これに限らず、アンテナ装置１０Ｂは、導波管５０に代えて中空の導波管を備えていてもよい。
【０１５８】
更に、上記においては、導波管５０は、断面形状が矩形であると説明したが、実施の形態３においては、これに限らず、円形または楕円形状の導波管を使用することもできる。
【０１５９】
その他は、実施の形態１と同じである。
【０１６０】
［実施の形態４］
図２４は、実施の形態４によるアンテナ装置の概略図である。実施の形態４によるアンテナ装置１０Ｃは、図１に示すアンテナ装置１０のスロット素子１〜４を共振スロット素子３０および反射スロット素子４０に代えたものであり、その他は、アンテナ装置１０と同じである。
【０１６１】
共振スロット素子３０は、スロット素子２１，２２からなる。反射スロット素子４０は、スロット素子２３，２４からなる。
【０１６２】
スロット素子２１，２２は、それぞれ、スロット素子１，２と同じ形状および同じ寸法を有する。そして、スロット素子２１，２２は、０．３ｍｍの間隔ｇでそれぞれスロット素子１，２と同じ位置に配置される。
【０１６３】
スロット素子２３，２４の各々は、スロット素子３と同じ形状および同じ寸法を有する。そして、スロット素子２３，２４は、０．３ｍｍの間隔ｇでそれぞれスロット素子３，４と同じ位置に配置される。
【０１６４】
その結果、反射スロット素子４０は、長さが共振スロット素子３０よりも長くなる。また、共振スロット素子３０および反射スロット素子４０は、導波管５の上面５Ａに略平行に配置される。
【０１６５】
このように、アンテナ装置１０Ｃは、共振スロット素子３０と、長さが共振スロット素子３０よりも長く、かつ、共振スロット素子３０よりも給電面５Ｂ側に配置された反射スロット素子４０とを備える。
【０１６６】
アンテナ装置１０Ｃにおいては、電磁波が導波管５内を給電面５Ｂ側から終端面５Ｃ側へ伝搬すると、共振スロット素子３０は、共振素子として動作し、反射スロット素子４０は、反射素子として動作する。
【０１６７】
その結果、アンテナ装置１０Ｃは、アンテナ装置１０と同じように、広い帯域幅を有し、斜め方向（θｍａｘ＝６６度）の高い利得を有する。従って、アンテナ装置１０Ｃをミリ波帯で広帯域に動作させることができる。
【０１６８】
なお、アンテナ装置１０Ｃの反射スロット素子４０は、長さが共振スロット素子３０よりも長い少なくとも１個のスロット素子２３からなっていればよい。
【０１６９】
その他は、実施の形態１と同じである。
【０１７０】
［実施の形態５］
図２５は、実施の形態５によるアレーアンテナ装置の概略図である。実施の形態５によるアレーアンテナ装置１００は、アンテナ装置１１０，１２０，１３０，１４０と、地板１５０とを備える。
【０１７１】
アンテナ装置１１０，１２０，１３０，１４０は、ｘｙｚ座標のｙ軸方向に沿って１つの平面内に配列される。そして、アンテナ装置１１０，１２０，１３０，１４０の各々は、図１に示すアンテナ装置１０のスロット素子１〜４と導波管５とからなる。
【０１７２】
地板１５０は、図２に示す地板６のように、４個のアンテナ装置１１０，１２０，１３０，１４０のスロット素子１〜４に対応して、１６個の貫通孔を有する。そして、地板１５０は、その１６個の貫通孔が４個のアンテナ装置１１０，１２０，１３０，１４０のスロット素子１〜４上に配置されるように、４個のアンテナ装置１１０，１２０，１３０，１４０に接して４個のアンテナ装置１１０，１２０，１３０，１４０上に配置される。
【０１７３】
アレーアンテナ装置１００においては、電力分配器（図示せず）によって電力が各アンテナ装置１１０，１２０，１３０，１４０の給電面５Ｂへ給電される。そして、各アンテナ装置１１０，１２０，１３０，１４０において、電磁波は、導波管５内を伝搬し、スロット素子１〜４から自由空間へ放射される。
【０１７４】
その結果、ｙ−ｚ面内のビーム幅が狭窄化し、利得を向上できる。
【０１７５】
なお、アレーアンテナ装置１００の各アンテナ装置１１０，１２０，１３０，１４０は、スロット素子１〜４および導波管５に代えてスロット素子１１〜１６および導波管５を備えていてもよく、スロット素子１〜４および導波管５に代えてスロット素子１〜４および導波管５０を備えていてもよく、スロット素子１〜４および導波管５に代えてスロット素子１１〜１６および導波管５０を備えていてもよい。
【０１７６】
また、アレーアンテナ装置１００においては、アンテナ装置１１０，１２０，１３０，１４０は、相互に異なる構成からなっていてもよい。例えば、アンテナ装置１１０は、スロット素子１〜４および導波管５からなり、アンテナ装置１２０は、スロット素子１１〜１６および導波管５からなり、アンテナ装置１３０は、スロット素子１〜４および導波管５０からなり、アンテナ装置１４０は、スロット素子１１〜１６および導波管５０からなっていてもよい。この場合、アンテナ装置１１０，１２０，１３０，１４０の少なくとも１個のアンテナ装置が他のアンテナ装置と異なる構成からなっていてもよい。
【０１７７】
更に、各アンテナ装置１１０，１２０，１３０，１４０においては、スロット素子１〜４またはスロット素子１１〜１６は、実施の形態１〜実施の形態３において説明した各種の変更が可能である。
【０１７８】
更に、アレーアンテナ装置１００は、地板１５０を備えていなくてもよい。
【０１７９】
図２６は、実施の形態５による他のアレーアンテナ装置の概略図である。実施の形態５によるアレーアンテナ装置は、図２６に示すアレーアンテナ装置２００であってもよい。アレーアンテナ装置２００は、誘電体２１０と、アンテナ装置２２０，２３０，２４０，２５０と、給電器２６０とを備える。
【０１８０】
誘電体２１０は、平板形状を有し、例えば、プリント基板からなる。そして、誘電体２１０は、給電領域２１０Ａを除いて周囲が銅箔によって覆われている。
【０１８１】
アンテナ装置２２０は、誘電体２０１と、金属ポール２１１〜２１３と、スロット素子２２１とを含む。アンテナ装置２３０は、誘電体２０２と、金属ポール２１３〜２１５と、スロット素子２２２とを含む。アンテナ装置２４０は、誘電体２０３と、金属ポール２１５〜２１７と、スロット素子２２３とを含む。アンテナ装置２５０は、誘電体２０４と、金属ポール２１７〜２１９と、スロット素子２２４とを含む。
【０１８２】
給電器２６０は、誘電体２０５と、金属ポール２３１〜２３３とを含む。
【０１８３】
誘電体２０１は、誘電体２１０のうち、金属ポール２１１〜２１３によって囲まれた領域からなる。誘電体２０２は、誘電体２１０のうち、金属ポール２１３〜２１５によって囲まれた領域からなる。誘電体２０３は、誘電体２１０のうち、金属ポール２１５〜２１７によって囲まれた領域からなる。誘電体２０４は、誘電体２１０のうち、金属ポール２１７〜２１９によって囲まれた領域からなる。誘電体２０５は、誘電体２１０のうち、金属ポール２３１〜２３３によって囲まれた領域からなる。
【０１８４】
金属ポール２１１〜２１９，２３１〜２３３の各々は、誘電体２１０の厚み方向に形成され、かつ、周囲が金属メッキされた複数のスルーホールからなる。
【０１８５】
スロット素子２２１〜２２４の各々は、スロット素子１〜４からなる。そして、スロット素子２２１〜２２４の各々は、誘電体２１０の表面を覆う銅箔の一部を幅ｗｉ、長さｌ１〜ｌ４および間隔ｇでエッチングによって切り取ることによって形成される。この場合、スロット素子２２１〜２２４において、スロット素子１と金属ポール２１２，２１４，２１６，２１８との距離は、上述したｄに設定される。
【０１８６】
このように、アレーアンテナ装置２００は、金属ポール２１１〜２１９，２３１〜２３３によって側壁を誘電体２１０に形成した構造からなる。
【０１８７】
アレーアンテナ装置２００においては、電磁波が給電領域２１０Ａから給電されると、給電器２６０は、その給電された電磁波をアンテナ装置２２０，２３０，２４０，２５０へ伝搬させる。そして、アンテナ装置２２０，２３０，２４０，２５０は、給電器２６０から給電された電磁波をそれぞれスロット素子２２１〜２２４によって自由空間へ放射する。
【０１８８】
従って、アレーアンテナ装置２００においては、アレーアンテナ装置１００と同様に、ｙ−ｚ面内のビーム幅が狭窄化し、利得を向上できる。
【０１８９】
また、アレーアンテナ装置２００は、金属ポール２１１〜２１９，２３１〜２３３によって側壁を誘電体２１０（＝プリント基板）に形成した構造からなる。従って、アレーアンテナ装置２００を安価に作製できる。
【０１９０】
なお、アレーアンテナ装置２００においては、スロット素子２２１〜２２４の各々は、スロット素子１１〜１６からなっていてもよい。
【０１９１】
また、スロット素子２２１〜２２４の一部は、スロット素子１〜４からなり、スロット素子２２１〜２２４の残りは、スロット素子１１〜１６からなっていてもよい。
【０１９２】
更に、アレーアンテナ装置２００において、金属ポール２１２，２１４，２１６，２１８が欠落していてもよい。これによって、実施の形態３において説明したように、各アンテナ装置２２０，２３０，２４０，２５０において、給電領域２１０Ａに対向する終端面側を開放することができる。その結果、アレーアンテナ装置２００の帯域幅を大幅に広くできる。
【０１９３】
図２７は、実施の形態５によるマルチセクタアンテナ装置の概略図である。実施の形態５によるマルチセクタアンテナ装置３００は、アレーアンテナ装置３１０，３２０，３３０，３４０，３５０，３６０，３７０，３８０と、スイッチ３９０とを備える。
【０１９４】
アレーアンテナ装置３１０，３２０，３３０，３４０，３５０，３６０，３７０，３８０の各々は、図２１に示すアレーアンテナ装置２００からなる。
【０１９５】
スイッチ３９０は、アレーアンテナ装置３１０，３２０，３３０，３４０，３５０，３６０，３７０，３８０の接続点３１１，３２１，３３１，３４１，３５１，３６１，３７１，３８１のいずれかに接続される。
【０１９６】
マルチセクタアンテナ装置３００において、スイッチ３９０と接続点３１１，３２１，３３１，３４１，３５１，３６１，３７１，３８１との接続を切り替えることによって、マルチセクタアンテナ装置３００は、室内全体をカバーできるビームを高利得で放射できる。
【０１９７】
なお、マルチセクタアンテナ装置３００においては、アレーアンテナ装置３１０，３２０，３３０，３４０，３５０，３６０，３７０，３８０の各々は、上述した実施の形態１〜実施の形態３によるアンテナ装置１０，１０Ａ，１０Ｂを複数個備える構成からなっていてもよい。
【０１９８】
また、マルチセクタアンテナ装置３００は、アレーアンテナ装置３１０，３２０，３３０，３４０，３５０，３６０，３７０，３８０の少なくとも１個を備えていればよい。
【０１９９】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【０２００】
この発明は、ミリ波帯で広帯域に動作するアンテナ装置に適用される。また、この発明は、ミリ波帯で広帯域に動作するアンテナ装置を備えたアレーアンテナ装置に適用される。
【図面の簡単な説明】
【０２０１】
【図１】この発明の実施の形態１によるアンテナ装置の概略図である。
【図２】図１に示す導波管および地板の斜視図である。
【図３】図２に示す線ＩＩＩ−ＩＩＩにおける導波管および地板の断面図である。
【図４】図１に示すアンテナ装置における反射係数の周波数特性を示す図である。
【図５】図１に示すアンテナ装置における比帯域幅とスロット素子の長さの増分との関係を示す図である。
【図６】スロット素子１，２の長さを変化させたときの比帯域幅、およびスロット素子３，４の長さを変化させたときの比帯域幅を示す図である。
【図７】図１に示すアンテナ装置の放射パターンを示す図である。
【図８】アンテナ装置の放射パターンにおける仰角および方位角の定義を示す図である。
【図９】スロット素子３，４の長さを変化させたときのＦ／Ｂ（Ｆｒｏｎｔ／Ｂａｃｋ）比を示す図である。
【図１０】利得の向上率とスロット素子数との関係を示す図である。
【図１１】比帯域幅と隣接する２つのスロット素子間の間隔との関係を示す図である。
【図１２】比帯域幅と隣接する２つのスロット素子間の間隔との他の関係を示す図である。
【図１３】比帯域幅と隣接する２つのスロット素子間の間隔との更に他の関係を示す図である。
【図１４】比帯域幅と距離ｄとの関係を示す図である。
【図１５】比帯域幅とスロット素子の長さの増分との関係を示す図である。
【図１６】図１に示すアンテナ装置の使用例を示す図である。
【図１７】実施の形態２によるアンテナ装置の概略図である。
【図１８】図１７に示すアンテナ装置における反射係数の周波数特性を示す図である。
【図１９】図１７に示すアンテナ装置の放射パターンを示す図である。
【図２０】実施の形態３によるアンテナ装置の概略図である。
【図２１】図２０に示す線ＸＸＩ−ＸＸＩにおける地板および導波管の断面図である
【図２２】図２０に示すアンテナ装置における反射係数の周波数特性を示す図である。
【図２３】図２０に示すアンテナ装置の放射パターンを示す図である。
【図２４】実施の形態４によるアンテナ装置の概略図である。
【図２５】実施の形態５によるアレーアンテナ装置の概略図である。
【図２６】実施の形態５による他のアレーアンテナ装置の概略図である。
【図２７】実施の形態５によるマルチセクタアンテナ装置の概略図である。
【符号の説明】
【０２０２】
１〜４，１１〜１６，２１〜２４，２２１〜２２４  スロット素子、５，５０  導波管、５Ａ，５０Ａ  上面、５Ｂ，５０Ｂ  給電面、５Ｃ，５０Ｃ  終端面、６，１５０  地板、６Ａ  端、１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１１０，１２０，１３０，１４０，２２０，２３０，２４０，２５０  アンテナ装置、２０  ユーザ端末、３０  共振スロット素子、４０  反射スロット素子、５１，２０１〜２０５，２１０  誘電体、５１Ａ，５１Ｂ  側面、５２，５３  銅箔、６１〜６４  貫通孔、１００，２００，３１０，３２０，３３０，３４０，３５０，３６０，３７０，３８０  アレーアンテナ装置、２１０Ａ  給電領域、２１１〜２１９，２３１〜２３３  金属ポール、２６０  給電器、３００  マルチセクタアンテナ装置、３１１，３２１，３３１，３４１，３５１，３６１，３７１，３８１  接続点、３９０  スイッチ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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